中国机械工程 ›› 2026, Vol. 37 ›› Issue (2): 264-274.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.002
• 先进流体系统设计与优化专栏 • 上一篇
姚静1,2(
), 王定煜2(
), 梁栋2, 郝金鹿2, 何蔼雯2
收稿日期:2024-11-04
修回日期:2025-08-08
出版日期:2026-02-25
发布日期:2026-03-13
通讯作者:
王定煜
作者简介:姚 静,女,1978年生,教授、博士研究生导师。研究方向为重型机械流体与控制系统和新型液压元件。E-mail:jyao@ysu.edu.cn基金资助:
YAO Jing1,2(
), WANG Dingyu2(
), LIANG Dong2, HAO Jinlu2, HE Aiwen2
Received:2024-11-04
Revised:2025-08-08
Online:2026-02-25
Published:2026-03-13
Contact:
WANG Dingyu
摘要:
为满足高端移动装备对液压油箱高承压、轻量化的需求,提出一种自增容弹性压力油箱。采用橡胶-编织组合材料代替传统金属油箱壁面,利用橡胶柔性变形和外置编织纤维防护增强特性,实现系统中油液体积补偿并输出压力油液。基于编织纤维几何特性、壳体受力分析,建立油箱理想静态数学模型,并引入Maxwell迟滞模型进行修正,得到其结构参数与体积、压力的关系。基于流量方程、受力平衡方程和容积公式得到油箱动态非线性数学模型。在油箱位移/压力迟滞特性试验的基础上进行模型参数辨识。研究结果表明:所设计油箱样机最大压力为530 kPa,质量仅950 g。正弦响应下油箱跟随液压缸运动特性良好。随着阶跃幅值的增大,进油工况下压力增大时间和变化幅值逐渐增大。
中图分类号:
姚静, 王定煜, 梁栋, 郝金鹿, 何蔼雯. 考虑迟滞特性的自增容弹性压力油箱建模研究[J]. 中国机械工程, 2026, 37(2): 264-274.
YAO Jing, WANG Dingyu, LIANG Dong, HAO Jinlu, HE Aiwen. Modeling of Self-expanding Elastic Pressurized Reservoir Considering Hysteresis Characteristics[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(2): 264-274.
| 参数 | 初始值 | 最大压力状态时 |
|---|---|---|
| 长度L/m | 0.17 | 0.14 |
| 弹性壳体外半径R/m | 0.029 | 0.041 |
| 弹性壳体厚度t/mm | 1.50 | 1.05 |
| 油箱结构容积VΔ/L | 0.4 | 0.6 |
| 油箱压力p/kPa | 0 | 530 |
| 编织角θ/(°) | 36.0 | 51.5 |
| 弹簧刚度K/(N·m | 2000 | |
| 工作容积VΔ/L | 0.2 | |
| 质量m/g | 950 | |
表1 油箱样机结构参数
Tab.1 Structural parameters of the reservoir prototype
| 参数 | 初始值 | 最大压力状态时 |
|---|---|---|
| 长度L/m | 0.17 | 0.14 |
| 弹性壳体外半径R/m | 0.029 | 0.041 |
| 弹性壳体厚度t/mm | 1.50 | 1.05 |
| 油箱结构容积VΔ/L | 0.4 | 0.6 |
| 油箱压力p/kPa | 0 | 530 |
| 编织角θ/(°) | 36.0 | 51.5 |
| 弹簧刚度K/(N·m | 2000 | |
| 工作容积VΔ/L | 0.2 | |
| 质量m/g | 950 | |
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 系统压力/MPa | 10 |
| 系统流量/(L·min | 2.4 |
| 液压缸缸径/mm | 25 |
| 液压缸杆径/mm | 16 |
| 液压缸行程/mm | 200 |
表2 液压测试系统参数
Tab.2 Parameters of hydraulic testing system
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 系统压力/MPa | 10 |
| 系统流量/(L·min | 2.4 |
| 液压缸缸径/mm | 25 |
| 液压缸杆径/mm | 16 |
| 液压缸行程/mm | 200 |
| 参数 | 阶段1 | 阶段2 | 阶段3 |
|---|---|---|---|
| K | 0.645 | ||
| w | 17.415 |
表3 Maxwell单元参数
Tab.3 Parameters of Maxwell unit
| 参数 | 阶段1 | 阶段2 | 阶段3 |
|---|---|---|---|
| K | 0.645 | ||
| w | 17.415 |
| 阶跃幅值/mm | 20 | 40 | 50 |
|---|---|---|---|
| 上升时间/s | 0.362 | 0.672 | 0.808 |
| 压力变化幅值/kPa | 88 | 227 | 328 |
表4 阶跃响应结果
Tab.4 Results of the step response
| 阶跃幅值/mm | 20 | 40 | 50 |
|---|---|---|---|
| 上升时间/s | 0.362 | 0.672 | 0.808 |
| 压力变化幅值/kPa | 88 | 227 | 328 |
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